Betere benutting
ondergrond
door studie
In Nede
rland lopen veelonderzoeken
naar de praktijk van
geboord
e
tunnels. Daarbij wordt alles uit de kast gehaald:
monitoring van in gang zijnde werken, laboratoriumopstellingen,
numeriek onderzoek en ervaringsgegevens. Deze combinatie
moet leiden tot de fundamentele
ontwikkeling
van modellen die
het gedrag beschrijven van een geboorde tunnel in relatie tot zijn
omgeving.
Centrale thema's binnen de verschillende praktijkon-derzoeksprogramma's zijn omgevingsbeïnvloeding,
boortechnologie, grondverbetering en tunnelcon
-structie. Kennisontwikkeling rondom al deze thema's heeft het mogelijk gemaakt dat na de aanleg van ver-schillende geboorde tunnels in minder dicht bebouw-de omgeving er nu daadwerkelijk tunnels gerealiseerd worden in dichtbebouwd stedelijk gebied.
Denk hierbij alleen maar aan de aanleg van de 5ta-tentunnel in Rotterdam, de Hubertustunnel in Den Haag en de Noord/Zuidlijn in Amsterdam. Omdat er, ondanks de rijke kennisontwikkeling van de afgelo
-pen jaren, nog altijd vragen onbeantwoord zijn ge-bleven, is besloten om ook de komende jaren door te gaan met het vergaren van kennis op het gebied van ondergronds bouwen. Hierbij is behalve voor ge-boorde tunnels ook aandacht voor aanleg van kleine infrastructuur met micro-tunnelling en horizontaal gestuurd boren.
Volumeverlies Het boren van tunnels in slappe grond zoals die voor
-komt in grote delen van Nederland leidt tot zettingen. Deze zettingen zullen in dichtbebouwd stedelijk ge
-bied mogelijk aanleiding geven tot schade aan de aan
-wezige bebouwing. Het voorspellen en beheersen van de schades is een belangrijk onderdeel van de diverse praktijkonderzoeksprogramma's. Bijde aanleg vande eerste geboorde tunnel in Nederland, de Tweede Hei-nenoordtunnel, werden deze zettingen uitgedrukt in termen van 'volumeverlies' ofwel het volume van de zettingstrog die aan het maaiveld ontstaat. Deze in-directe manier van beoordeling vande prestaties van 84
het tunnelboorproces bleek echter niet geschikt wan-neer er sprake is van de aanleg van geboorde tunnels in stedelijke omgeving.
In dat geval is beter inzicht nodig in de factoren die direct bepalend zijn voor de hoeveelheid zetting die te verwachten is.
Grout
Mede op basis van praktijkonderzoeken bij de 50-phiaspoortunnel en Boortunnel Groene Hart is dui
-delijk geworden dat de manier waarop het grout zich gedraagt dat geïnjecteerd wordt in de staartspleet, een grote invloed heeft op de mate van zetting die te verwachten is aan het maaiveld. De staartspleet wordt gevormd door de ruimte die ontstaat doordat de dia
-meter die ontgraven wordt door het schild van de tun-DezegroutdrukopnemeruitJapanwordt voor heteerst in
Nederlandgebruikt. Foto's : Ton Schapers
nelboormachine iets groter is dande diameter vande
uiteindelijke tunnel.
Inzicht in de drukopbouw en het stromingsgedrag van het grout rondom de tunnel heeft geleid tot ge-avanceerde numerieke 4D-modellen die het mogelijk makenvoorspellingen te doen van gronddeformaties aan dehand van eenduidig temeten procesparame
-ters zoals boorfrontdrukken, vijzelkrachten, voor t-gangssnelheid en groutdrukken.
Bij nog te verrichten praktijkonderzoek bij de aanleg vande Statentunnel in Rotterdam ende Noord/Zui
d-lijn in Amsterdam zal de nauwkeurigheid van deze 4D-modellen viauitgebreide monitoring worden ve
r-groot. Hiertoe wordt onder meer gebruikgemaakt van nog niet eerder onder Nederlandse omstandigheden toegepaste meetinstrumenten uitJapanter bepaling van de groutdruk direct nahet uittreden vande t un-nelringen uit detunnelboormachine.
Laboratoriumopstelling
Bij de aanleg van ondergrondse constructies wordt veel gebruikgemaakt van grondverbeteringtechni e-ken om de ondergrond geschikt te maken voor
aan-leg. De eigenschappen van de ondergrond, vooral doorlatendheid en sterkte, worden hierbij tijdelijk of
De injectievloeistofis duidelijkzichtbaarindituitgegravendeel.Dit gebeurtonderlaboratoriumomstandigheden.
zelfs permanent veranderd. Veelgebruikte technieken
zijn grondbevriezing encompenserend grouten. Deze technieken hebben zich in de praktijk weliswaar be-wezen, maar aanvullend onderzoek kan de effectivi -teit van toepassing van deze technieken vergroten.
Voortbouwend op het praktijkonderzoek bij de Wes-terscheldetunnel zal de komende periode eenbinnen Nederland nog niet voorhanden zijnde laboratorium
-opstelling worden gebouwd om vooraf de parameters vastte stellen die bepalend zijn voor de mate waar-mee bevriezende grond uitzet. Het gaat hierbij bij
-voorbeeld omsterkte, elasticiteit en uitzetting van het vrieslichaam. Op die manier is vooraf een beterinzicht te verkrijgen in de belasting waaraan nabijgelegen
constructies door het uitzetten van de bevriezende grond komen bloot te staan. Verbetering vande mo-menteel beperkte numerieke modellen zalhierbij ook aandacht krijgen, waardoor ontwerpers de effecten van grondbevriezing kunnen meenemen inhun toe-komstige ontwerpen.
Compenserend grauten
Een andere grondverbeteringstechniek die binnen het huidige onderzoeksprogramma centraal staat, is het compenserend grouten. Bijdezetechniek wordt
Nederl
a
AA~
met injectie van een groutmengsel getracht de defor-matie van nabijgelegen belendingen te compenseren
door het 'omhoogdrukken' van de funderingen onder deze gebouwen. Door fundamenteelonderzoek zal
ook deze techniek aan voorspelbaarheid en eff ectivi-teit moeten winnen.
Momenteel is het nog onduidelijk in welke richtingen
het grout zich verspreidt door de ondergrond. Daar -mee is dus onvoldoende duidelijk hoe het grout daad-werkelijk op de plaatsen komt waar het nodig is.Inde
praktijk worden daarom relatief grote hoeveelheden
grout toegepast. In eerste instantie worden daarom
diverse experimenten uitgevoerd in het laboratorium.
Dimensionering In het verleden is bij onder andere de praktijkonder -zoeksprogramma's bij de Botlek- en Sophiaspoortun -nel veel aandacht geweest voor de krachtwerking in en de vervorming van de tunnelconstructie. Dit heeft geleid tot aangepaste voegontwerpen en tot een
evo-lutie van de detaillering van de tunnelsegmenten. Bij deze praktijkonderzoeken was het niet mogelijk het
constructiegedrag onder extreme belastingen te be
-oordelen.
In de laboratoriumopstelling in Delft, waar onder ge
-controleerde omstandigheden verschillende maat-gevende belastingscombinaties kunnen worden gesimuleerd, kan dit wel. De combinatie van de pra k-tijkmetingen, resultaten vanuit de laboratoriumexpe
-rimenten en numeriek onderzoek moet het mogelijk maken inzicht te krijgen in de vraag hoe de ontwerp-belasting zich verhoudt tot de daadwerkelijke aanwe
-Kennissprong
DeafgelopentienjaarisinNederlandeengrotespronqgemaaktop hetgebiedvankennisontwikkelingrondondergrondsbouwenenhet borenvantunnelsinhetbijzonder.Doorderealisatievanintotaal zesgeboordetunnelstecombinerenmetpraktijkonderzoekbleek hetmogelijkomopdiversedeelgebiedensprongentemakeninde kennis.VoldoenderedenvoorzowelDelftClusteralshet(entrùrn OndergrondsBouwenomookdekomendejarenteinvesterenineen gezamenlijkonderzoeksprogrammaondertetitelBeheerstBeh'utten. vandeOnderqrond'Beidepartijenwerkenhierbijnauwsarnen, metProjectorganisatiesBetuweroute,Noord/Zuidlijn,HSl-luiden RandstadRail.DaarnaastleverenRijkswaterstaat, Hoogheemraad-schapvanDeltlandenDienstWaterbeheer&Riolering:Amsterdam eenbelangrijkebijdrage.
Proefopstellingbij deTU Delft met detailopname van de vijzels
waarmeede belastingen op de tunnelsegmenten worden aangebracht
diedewerkelijkebelastingen vanuitgrand/grout simuleren.
zige belasting. Dit om in de toekomst de dimensio-nering vande tunnel verder te kunnen optimaliseren binnen de richtlijnen.
Kleiner
Behalve onderzoek op het gebied van geboorde tun-nels van grotere diameters zalde komende periode ook aandacht worden besteed aan het ontwikkelen van kennis over de aanleg van ondergrondse infra-structuur vankleinerediameters. Zowel micro-tunnel-ling alshorizontaal gestuurd boren staathierbij cen-traal. Beide technieken worden intoenemende mate ingezet voor de aanleg van bijvoorbeeld water- en gasleidingen. Hierbij worden de grenzen van de tech-nieken in termen van te realiseren lengte en diame-tersteeds verder opgezocht, wattot eenongewenste toename van risicoleidt. Omdeze risico's te verkleinen zalonderzoek gedaanworden naar de krachtwerking tussen betonnen segmenten bijmicro-tunnelling. Voor horizontaal gestuurd boren wordt eenonderzoek
uitgevoerd om de voorspelbaarheid van de optreden-de trekkrachten bij het intrekken van deleidingen te vergroten. Bij beide onderzoeken zalde wrijving tus-sen deleiding ende omliggende grond een belangrijk punt van aandacht vormen. Deze studies vormen de meestin het oog springende onderdelen vaneen am-bitieus onderzoeksprogramma. Binnen dit program-ma is veel ruimte gereserveerd voor kennisversprei-ding om daadwerkelijke toepassing vande opgedane kennis inde toekomstige praktijk te garanderen. Dan immers kande ondergrond ook worden benut ineen
complexe, stedelijke omgeving.
<:
PaulLitjensisadviseurGeoDe1ftenprojectleider'BeheerstBorenin StedelijkGebied'vanDelftCluster. Nederla Ail\, ID
87 TITJI.Jl'\rE~ I ~ LJ
